JP2005164570A - Gas sensor and method for manufacturing the same - Google Patents
Gas sensor and method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005164570A JP2005164570A JP2004252206A JP2004252206A JP2005164570A JP 2005164570 A JP2005164570 A JP 2005164570A JP 2004252206 A JP2004252206 A JP 2004252206A JP 2004252206 A JP2004252206 A JP 2004252206A JP 2005164570 A JP2005164570 A JP 2005164570A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- gas detection
- sol solution
- adhesion
- paste
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、ガスセンサ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a gas sensor and a manufacturing method thereof.
従来、この種のガスセンサとしては、シリコン基板上に複数の薄膜を積層状に形成してなるものが多数提案されている。その一例としては、下記特許文献1にて開示された熱型センサが挙げられる。 Conventionally, many gas sensors of this type have been proposed in which a plurality of thin films are stacked on a silicon substrate. As an example, there is a thermal sensor disclosed in Patent Document 1 below.
このセンサは、酸化ハフニウム層を有しており、この酸化ハフニウム層は、シリコン基板上に積層状に形成したシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜からなる絶縁膜と発熱抵抗体との間に薄膜として形成されている。 This sensor has a hafnium oxide layer, and this hafnium oxide layer is formed as a thin film between an insulating film made of a silicon oxide film and a silicon nitride film formed on a silicon substrate and a heating resistor. Has been.
ここで、絶縁膜は、シリコン基板にその裏面側から形成した空洞部に対する対応部にて、隔壁部を構成している。そして、発熱抵抗体は、酸化ハフニウム層のうち絶縁膜の隔壁部に対する対応部位に薄膜として形成されている。 Here, the insulating film constitutes a partition wall portion at a portion corresponding to the cavity portion formed on the silicon substrate from the back surface side. The heating resistor is formed as a thin film at a portion corresponding to the partition wall of the insulating film in the hafnium oxide layer.
このような構成のもと、酸化ハフニウム層は、熱源としての発熱抵抗体と絶縁膜との間の熱膨張の差を緩和して、発熱抵抗体と絶縁膜との間の密着性を維持する密着層としての役割を果たす。
ところで、上述のような熱型センサにおいて、酸化ハフニウム層や発熱抵抗体のような平坦な薄膜同士の間では、接触面積を多くとることができ、酸化ハフニウム層等の薄膜による密着層が有効であるとも考えられる。 By the way, in the thermal type sensor as described above, a contact area can be increased between flat thin films such as a hafnium oxide layer and a heating resistor, and an adhesion layer made of a thin film such as a hafnium oxide layer is effective. It is thought that there is.
しかし、酸化ハフニウム層等の平坦な薄膜とペーストで形成される厚膜との間では、厚膜が粒子状成分で構成されるため、薄膜と厚膜との間で点接触となり、接触面積を多くとることができず、薄膜による密着層は有効でない。 However, between a flat thin film such as a hafnium oxide layer and a thick film formed of paste, since the thick film is composed of particulate components, point contact occurs between the thin film and the thick film, reducing the contact area. A large amount cannot be taken, and an adhesion layer made of a thin film is not effective.
従って、例えば、上記熱型センサにおいてガス感応膜と発熱抵抗体との間に上述した酸化ハフニウム層を適用したいという要請があっても、当該ガス感応膜は厚膜であることから、酸化ハフニウム層に依っては、発熱抵抗体とガス感応膜との間の密着性を有効には確保することができず、ガス感応膜と発熱抵抗体との間で剥離を招き易いという不具合が生ずる。 Therefore, for example, even if there is a request to apply the above-described hafnium oxide layer between the gas sensitive film and the heating resistor in the thermal sensor, the gas sensitive film is a thick film. However, the adhesion between the heat generating resistor and the gas sensitive film cannot be effectively ensured, and there arises a problem that the gas sensitive film and the heat generating resistor are likely to be peeled off.
そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、ゾル溶液が常温では液体性を有しかつ所定温度での焼成により固化性を有することに着目して、このゾル溶液を密着層の形成材料として採用し、当該密着層の厚膜状ガス感知層との密着性を良好に確保するようにしたガスセンサ及びその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in order to deal with the above, the present invention pays attention to the fact that the sol solution is liquid at room temperature and solidified by firing at a predetermined temperature. An object of the present invention is to provide a gas sensor that is employed as a forming material and that ensures good adhesion between the adhesion layer and the thick gas sensing layer, and a method for manufacturing the same.
上記課題の解決にあたり、本発明に係るガスセンサは、請求項1の記載によれば、基体(10、20、30、50)上に厚膜状に形成される多孔質性ガス検知層(80)を有する。 In solving the above-described problems, according to the gas sensor according to the present invention, a porous gas detection layer (80) formed in a thick film shape on a substrate (10, 20, 30, 50) is provided. Have
当該ガスセンサにおいて、ガス検知層と基体との間に形成される絶縁性密着層(70)を備えて、
この密着層は、ガス検知層のうち密着層の近傍部位に埋まるように、形成されていることを特徴とする。
The gas sensor includes an insulating adhesion layer (70) formed between the gas detection layer and the substrate,
This adhesion layer is formed so as to be buried in the vicinity of the adhesion layer in the gas detection layer.
このように、密着層は、ガス検知層のうち密着層の近傍部位に埋まるように、形成されているので、当該密着層とガス検知層のうち密着層の近傍部位との間の接触面積が三次元方向に拡大する。従って、密着層とガス検知層との間の結合が良好に確保され、その結果、ガス検知層の密着層を介する基体との密着性が良好に維持され得る。 Thus, since the adhesion layer is formed so as to be buried in the vicinity of the adhesion layer of the gas detection layer, the contact area between the adhesion layer and the area of the gas detection layer near the adhesion layer is small. Enlarge in 3D direction. Therefore, a good bond between the adhesion layer and the gas detection layer is ensured, and as a result, good adhesion between the gas detection layer and the substrate through the adhesion layer can be maintained.
また、本発明に係るガスセンサは、請求項2の記載によれば、
板厚方向に空洞部(11)を形成してなる半導体基板(10)と、
この半導体基板上に形成されて上記空洞部に対する対応部にて隔壁部(21)を有してなる絶縁層(20)と、
上記隔壁部上に形成される発熱抵抗体(30)と、
この発熱抵抗体を覆うように絶縁層上に形成される保護層(50)と、
この保護層を介し発熱抵抗体に対向するように保護層上に厚膜状に形成される多孔質性ガス検知層(80)とを有する。
According to the description of claim 2, the gas sensor according to the present invention is
A semiconductor substrate (10) formed by forming a cavity (11) in the plate thickness direction;
An insulating layer (20) formed on the semiconductor substrate and having a partition wall (21) at a portion corresponding to the cavity,
A heating resistor (30) formed on the partition;
A protective layer (50) formed on the insulating layer so as to cover the heating resistor;
A porous gas detection layer (80) formed in a thick film shape on the protective layer so as to face the heating resistor through this protective layer.
当該ガスセンサにおいて、保護層を介し発熱抵抗体に対向するようにガス検知層と保護層との間に形成される絶縁性密着層(70)を備えて、
この密着層は、ガス検知層のうち密着層の近傍部位に埋まるように、形成されていることを特徴とする。
The gas sensor includes an insulating adhesive layer (70) formed between the gas detection layer and the protective layer so as to face the heating resistor through the protective layer,
This adhesion layer is formed so as to be buried in the vicinity of the adhesion layer in the gas detection layer.
このように空洞部を有する半導体基板が採用されてなるガスセンサにおいても、密着層が、ガス検知層のうち密着層の近傍部位に埋まるように、形成されていることで、請求項1に記載の発明と同様の作用効果を達成し得る。 In the gas sensor using the semiconductor substrate having the cavity as described above, the adhesion layer is formed so as to be buried in the vicinity of the adhesion layer in the gas detection layer. The same effects as the invention can be achieved.
また、本発明に係るガスセンサは、請求項3の記載によれば、
絶縁性密着層(70)となるゾル溶液でもってゾル溶液層(71)を基体(10、20、30、50)上に形成し、
ガス検知層(80)となるペーストでもってゾル溶液層上にペースト層(81)を形成し、
ゾル溶液層及びペースト層を共に焼成し密着層及びガス検知層として形成する。
According to the description of claim 3, the gas sensor according to the present invention is
A sol solution layer (71) is formed on the substrate (10, 20, 30, 50) with a sol solution to be the insulating adhesive layer (70),
A paste layer (81) is formed on the sol solution layer with a paste to be a gas detection layer (80),
The sol solution layer and the paste layer are both fired to form an adhesion layer and a gas detection layer.
このようにゾル溶液層上にペースト層を形成し、当該ゾル溶液層及びペースト層を共に焼成して密着層及びガス検知層として形成するようにした。ここで、上述のようにペースト層をゾル溶液層上に形成すると、ゾル溶液層が液体状であるため、このゾル溶液層がペースト層のうちゾル溶液層の近傍部位と三次元的に混ざり合う。 In this way, a paste layer was formed on the sol solution layer, and the sol solution layer and the paste layer were both fired to form an adhesion layer and a gas detection layer. Here, when the paste layer is formed on the sol solution layer as described above, since the sol solution layer is in a liquid state, the sol solution layer is three-dimensionally mixed with the vicinity of the sol solution layer in the paste layer. .
従って、ゾル溶液層及びガス検知層は、相互に上述のように三次元的に混ざり合った状態にて、共に焼成されて、密着層及びガス検知層として形成される。このため、当該密着層とガス検知層のうち密着層の近傍部位との間の接触面積が三次元方向に拡大する。 Therefore, the sol solution layer and the gas detection layer are baked together in the state of being mixed three-dimensionally as described above, and formed as an adhesion layer and a gas detection layer. For this reason, the contact area between the adhesion layer and the vicinity of the adhesion layer in the gas detection layer is expanded in the three-dimensional direction.
これにより、密着層とガス検知層との間の結合が良好に確保され、その結果、ガス検知層の密着層を介する基体との密着性が良好に維持され得る。 As a result, good bonding between the adhesion layer and the gas detection layer is ensured, and as a result, good adhesion between the gas detection layer and the substrate through the adhesion layer can be maintained.
また、本発明に係るガスセンサの製造方法は、請求項4の記載によれば、
絶縁性密着層(70)となるゾル溶液でもって基体(10、20、30、50)上にゾル溶液層(71)を形成するゾル溶液層形成工程と、
このゾル溶液層形成工程後、ガス検知層(80)となるペーストでもってゾル溶液層上にペースト層(81)を形成するペースト層形成工程と、
このペースト層形成工程後、ゾル溶液層及びペースト層を所定焼成条件にて共に焼成し密着層及びガス検知層として形成する焼成工程とを備える。
Moreover, according to the description of claim 4, the manufacturing method of the gas sensor according to the present invention,
A sol solution layer forming step of forming a sol solution layer (71) on a substrate (10, 20, 30, 50) with a sol solution to be an insulating adhesion layer (70);
After this sol solution layer forming step, a paste layer forming step of forming a paste layer (81) on the sol solution layer with a paste that becomes the gas detection layer (80);
After the paste layer forming step, there is provided a firing step in which the sol solution layer and the paste layer are fired together under a predetermined firing condition to form an adhesion layer and a gas detection layer.
このように、密着層となるゾル溶液でもって基体上にゾル溶液層を形成し、ついで、ガス検知層となるペーストでもってゾル溶液層上にペースト層を形成し、然る後、ゾル溶液層及びペースト層を所定焼成条件にて共に焼成し密着層及びガス検知層として形成するようにした。 In this way, the sol solution layer is formed on the substrate with the sol solution that becomes the adhesion layer, and then the paste layer is formed on the sol solution layer with the paste that becomes the gas detection layer, and then the sol solution layer The paste layer was fired together under predetermined firing conditions to form an adhesion layer and a gas detection layer.
ここで、上述のようにペースト層をゾル溶液層上に形成すると、ゾル溶液層がペースト層のうちゾル溶液層の近傍部位と三次元的に混ざり合う。従って、ゾル溶液層及びガス検知層は、相互に上述のように三次元的に混ざり合った状態にて、共に焼成されて、密着層及びガス検知層として形成される。このため、当該密着層とガス検知層のうち密着層の近傍部位との間の接触面積が三次元方向に拡大する。 Here, when the paste layer is formed on the sol solution layer as described above, the sol solution layer is three-dimensionally mixed with the vicinity of the sol solution layer in the paste layer. Therefore, the sol solution layer and the gas detection layer are baked together in the state of being mixed three-dimensionally as described above, and formed as an adhesion layer and a gas detection layer. For this reason, the contact area between the adhesion layer and the vicinity of the adhesion layer in the gas detection layer is expanded in the three-dimensional direction.
これにより、密着層とガス検知層との間の結合が良好に確保され、その結果、ガス検知層の密着層を介する基体との密着性が良好に維持され得るガスセンサの製造が可能となる。 As a result, a good bond between the adhesion layer and the gas detection layer is ensured, and as a result, it is possible to manufacture a gas sensor that can maintain good adhesion between the gas detection layer and the substrate via the adhesion layer.
また、本発明では、請求項5の記載によれば、請求項4に記載のガスセンサの製造方法において、上記焼成工程後、上記ゾル溶液をガス検知層に滴下する滴下工程と、
この滴下工程後、ガス検知層を密着層とともに所定の再焼成条件にて再焼成する再焼成工程とを備えることを特徴とする。
Further, in the present invention, according to the description of claim 5, in the gas sensor manufacturing method according to claim 4, a dropping step of dropping the sol solution onto the gas detection layer after the firing step;
A refiring step of refiring the gas detection layer together with the adhesion layer under predetermined refiring conditions after the dropping step is characterized.
このように、請求項4に記載の焼成工程後、上記ゾル溶液をガス検知層に滴下し、然る後、ガス検知層を密着層とともに所定の再焼成条件にて再焼成する。 Thus, after the firing step according to claim 4, the sol solution is dropped onto the gas detection layer, and then the gas detection layer is refired together with the adhesion layer under predetermined refiring conditions.
これに伴い、上記ゾル溶液が、ガス検知層と密着層との間に行き亘るので、請求項4に記載の発明の作用効果を達成し得るのは勿論のこと、ガス検知層と密着層との間の結合度合いをより一層向上し得る。換言すれば、密着層の形成材料と同一の材料であるゾルを、ガス検知層と密着層との双方の全体に行き亘らせることで、ガス検知層と密着層との間の密着力をより一層向上させ得る。 Along with this, the sol solution spreads between the gas detection layer and the adhesion layer, so that it is possible to achieve the operational effect of the invention according to claim 4, and the gas detection layer and the adhesion layer. The degree of coupling between can be further improved. In other words, by spreading the sol, which is the same material as the material for forming the adhesion layer, over both the gas detection layer and the adhesion layer, the adhesion force between the gas detection layer and the adhesion layer is increased. It can be further improved.
なお、請求項1、3、4或いは5の記載において、基体は、次のような構成であってもよい。 In the first, third, fourth, or fifth aspect, the substrate may have the following configuration.
即ち、当該基体は、半導体基板上或いはこの半導体基板上に絶縁層を介し発熱抵抗体を形成し、この発熱抵抗体を覆うように半導体基板上或いは絶縁層上に保護層を形成してなる構成、或いはアルミナ等のセラミック基板上に発熱抵抗体を形成し、この発熱抵抗体を覆うようにセラミック基板上に保護層を形成してなる構成であってもよい。 That is, the base is formed by forming a heating resistor on the semiconductor substrate or on the semiconductor substrate via an insulating layer, and forming a protective layer on the semiconductor substrate or the insulating layer so as to cover the heating resistor. Alternatively, a configuration in which a heating resistor is formed on a ceramic substrate such as alumina and a protective layer is formed on the ceramic substrate so as to cover the heating resistor may be employed.
また、請求項1〜5のいずれかに記載において、密着層の形成材料を、ガス検知層と同一の形成材料とすれば、密着層及びガス検知層の各熱膨張率の同一性を確保できる。従って、請求項1〜5のいずれかに記載の発明における密着層とガス検知層との間の密着性をより一層向上し得る。 Moreover, in any one of Claims 1-5, if the formation material of an adhesion layer is the same formation material as a gas detection layer, the identity of each thermal expansion coefficient of an adhesion layer and a gas detection layer is securable. . Therefore, the adhesion between the adhesion layer and the gas detection layer in the invention according to any one of claims 1 to 5 can be further improved.
また、請求項1〜5のいずれかに記載において、密着層の形成材料を単一成分の絶縁性セラミックとすれば、当該密着層はガス検知層にとって被毒種となる成分を含まない。従って、密着層がガス検知層に対する被毒原因となることもない。 Moreover, in any one of Claims 1-5, if the forming material of the contact | adherence layer is made into the insulating ceramic of a single component, the said contact | adherence layer does not contain the component used as a poisoning species with respect to a gas detection layer. Therefore, the adhesion layer does not cause poisoning of the gas detection layer.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1及び図2は、本発明に係るガスセンサの一つである接触燃焼式ガスセンサの第1実施形態を示しており、この接触燃焼式ガスセンサは、図1にて示すごとく、シリコン製半導体基板10及び上下両側絶縁層20を備えている。上側絶縁層20は、半導体基板10の表面に形成されており、一方、下側絶縁層20は、半導体基板10の裏面に形成されている。
Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
1 and 2 show a first embodiment of a catalytic combustion type gas sensor which is one of the gas sensors according to the present invention, and this catalytic combustion type gas sensor has a
ここで、半導体基板10には、図1にて図示左右両側空洞部11が、上側絶縁層20の裏面側において、間隔をおいて形成されている。また、下側絶縁層20は、各空洞部11に対応する部位にて、それぞれ除去されて、各空洞部11の開口部として形成されている。
Here, the left and
これにより、上側絶縁層20は、その各空洞部11に対する各対応部21(以下、隔壁部21ともいう)にて、当該各空洞部11の開口部を通して外方に露呈している。なお、半導体基板10は、各空洞部11以外の部位にて基板部12を構成する。
Thus, the upper insulating
また、当該ガスセンサは、図1にて示すごとく、左右両側発熱抵抗体30と、左側、中央側及び右側の各配線膜40とを備えている。左側発熱抵抗体30は、上側絶縁層20の左側隔壁部21上にジグザグ状に形成されており、一方、右側発熱抵抗体30は、上側絶縁層20の右側隔壁部21上にジグザグ状に形成されている。
Further, as shown in FIG. 1, the gas sensor includes left and right
左側配線膜40は、図1にて示すごとく、上側絶縁層20の表面の左側部上において、半導体基板10の基板部12に対応するように位置しており、この左側配線膜40は、図2にて示すごとく、左側発熱抵抗体30の一端と一体となるように形成されている。
As shown in FIG. 1, the
中央側配線膜40は、図1にて示すごとく、上側絶縁層20の表面の中央部上にて、半導体基板10の基板部12に対応するように位置しており、この中央側配線膜40は、図2にて示すごとく、左側発熱抵抗体30の他端及び右側発熱抵抗体30の一端と一体となるように形成されている。
As shown in FIG. 1, the
また、右側配線膜40は、図1にて示すごとく、上側絶縁層20の表面の右側部上にて、半導体基板10の基板部12に対応するように位置しており、この右側配線膜40は、図2にて示すごとく、右側発熱抵抗体30の他端と一体となるように形成されている。
Further, as shown in FIG. 1, the
また、当該ガスセンサは、図1及び図2にて示すごとく、保護層50と、左側、中央側及び右側の各電極膜60とを備えており、保護層50は、各発熱抵抗体30を覆うように、上側絶縁層20の表面上に形成されている。ここで、保護層50には、左側、中央側及び右側の各コンタクトホール51が、保護層50のうち左側、中央側及び右側の各配線膜40に対応する各部位に形成されている。これにより、左側、中央側及び右側の各配線膜40は、その表面にて、左側、中央側及び右側の各コンタクトホール51を通り外方に露呈している。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the gas sensor includes a
また、左側、中央側及び右側の各電極膜60は、左側、中央側及び右側の各コンタクトホール51を通して左側、中央側及び右側の各配線膜40上に形成されている。
The left, center and
当該ガスセンサは、また、図1にて示すごとく、左右両側密着層70と、多孔質性ガス検知層80及び参照層90を備えている。左側密着層70は、保護層50のうち左側発熱抵抗体30に対する対応部位に積層状に形成されており、当該左側密着層70は、保護層50のうち左側発熱抵抗体30に対する対応部位とガス検知層80との間の密着性を向上させる役割を果たす。
As shown in FIG. 1, the gas sensor also includes a left and
一方、右側密着層70は、保護層50のうち右側発熱抵抗体30に対する対応部位に積層状に形成されており、当該右側密着層70は、保護層50のうち右側発熱抵抗体30に対する対応部位と参照層90との間の密着性を向上させる役割を果たす。
On the other hand, the
ガス検知層80は、左側密着層70上に積層状に形成されており、一方、参照層90は、右側密着層70上に積層状に形成されている。
The
本実施形態では、ガス検知層80、左側密着層70及び左側発熱抵抗体30が、接触燃焼式ガスセンサにおけるガス検出部を構成する。また、参照層90、右側密着層70及び右側発熱抵抗体30が、接触燃焼式ガスセンサにおける温度補償部を構成する。なお、当該温度補償部は、上記ガス検出部と熱容量を同一にした構成となっており、かつ、ガスに対して不活性な材質でもって形成されている。
In the present embodiment, the
次に、上述のように構成されるガスセンサの製造工程について図3〜図11及び図1を参照して説明する。
(1)各絶縁層20の形成工程
シリコン基板を半導体基板10として準備する(図3参照)。このように半導体基板10としてシリコン基板を採用するのは、当該シリコン基板は、微細加工技術により容易に小型化可能なためである。
Next, the manufacturing process of the gas sensor configured as described above will be described with reference to FIGS.
(1) Formation process of each insulating layer 20 A silicon substrate is prepared as the semiconductor substrate 10 (see FIG. 3). The reason why the silicon substrate is employed as the
このように準備した半導体基板10を洗浄した上で当該半導体基板10の表裏面に酸化シリコン膜(SiO2膜)を、例えば、熱酸化処理により成膜形成する。ついで、半導体基板10の表面に形成した酸化シリコン膜に化学蒸着法により窒化シリコン膜(Si3N4膜)及び酸化シリコン膜を順次積層状に成膜形成する。一方、半導体基板10の裏面に形成した酸化シリコン膜に化学蒸着法により窒化シリコン膜(Si3N4膜)を積層状に成膜形成する。
After cleaning the
これにより、半導体基板10の表面に上述のように積層状に成膜した酸化シリコン膜、窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜が3層構造でもって上側絶縁層20として形成され、一方、半導体基板10の裏面に上述のように積層状に成膜した酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜が2層構造でもって下側絶縁層20として形成される(図4参照)。なお、各絶縁層20は、50(nm)〜2000(nm)の範囲以内の厚さ、例えば、100(nm)〜1000(nm)の範囲以内の厚さに形成する。このような厚さでもって、絶縁層20としての電気絶縁特性を良好に確保し得る。
(2)各発熱抵抗体30及び各配線膜40の形成工程
上述のように各絶縁層20を形成した後、所定温度の雰囲気内において、下側タンタル膜(Ta膜)を上側絶縁層20の表面にスパッタリングにより形成し、ついで、白金膜(Pt膜)を上記下側タンタル膜にスパッタリングにより積層状に形成し、さらに、上側タンタル膜を当該白金膜にスパッタリングにより積層状に形成する。なお、上記下側タンタル膜は、上記白金膜の上側絶縁層20との密着強度を高める役割をもつ。
As a result, the silicon oxide film, the silicon nitride film, and the silicon oxide film formed on the surface of the
(2) Step of forming each
然る後、フォトリソグラフィ処理にて、上記上側タンタル膜、白金膜及び下側タンタル膜のうち各発熱抵抗体30及び各配線膜40に対する対応部以外の部位を、エッチングにより除去する。これにより、左右両側の各発熱抵抗体30並びに左側、中央側及び右側の各配線膜40が、図5にて示すごとく、上側絶縁層20の表面上に形成される。
(3)保護層50の形成工程
上述のように各発熱抵抗体30及び各配線膜40を形成した後、酸化シリコン層(SiO2層)を、化学蒸着法により、各発熱抵抗体30及び各配線膜40を覆うようにして上側絶縁層20の表面上に成膜形成する。さらに、当該酸化シリコン層上に、窒化シリコン層(Si3N4層)を、化学蒸着法により積層状に成膜形成する。
Thereafter, portions of the upper tantalum film, the platinum film, and the lower tantalum film other than the corresponding portions corresponding to the
(3) Step of forming
ついで、当該窒化シリコン層及び酸化シリコン層の積層のうち各配線膜40に対応する各部位を、フォトリソグラフィ処理のもとエッチングにより除去する。これにより、左側、中央側及び右側の各コンタクトホール51を有する保護層50が、図6及び図7にて示すごとく、各発熱抵抗体30を覆うようにして上側絶縁層20の表面上に形成される。
Next, each portion corresponding to each
なお、保護層50は、各絶縁層20と同様に、50(nm)〜2000(nm)の範囲以内の厚さ、例えば、100(nm)〜1000(nm)の範囲以内の厚さに形成する。このような厚さでもって、保護層50としての電気絶縁特性を良好に確保し得る。また、各配線膜40は各対応のコンタクトホール51を通り外方に露呈される。
(4)各電極膜60の形成工程
上述のように保護層50を形成した後、白金(Pt)、金(Au)、アルミニウム(Al)或いはニッケル(Ni)等の導電性金属を、化学蒸着法或いは物理蒸着法等の一般的な成膜法でもって、保護層50上に金属膜として形成する。然る後、このように形成した金属膜のうち各コンタクトホール51に対する対応部以外の部位を、フォトリソグラフィ処理のもとエッチングにより除去する。
The
(4) Step of forming each
これにより、左側、中央側及び右側の各電極膜60が、図8に示すごとく、各コンタクトホール51に対応して形成される。なお、各電極60の厚さは、100(nm)〜2000(nm)の範囲以内、例えば、400(nm)〜1200(nm)の範囲以内の厚さとするのが望ましい。
(5)各空洞部11の形成工程
上述のように各電極膜60を形成した後、下側絶縁層20のうち左右両側発熱抵抗体30に対応する各部位を、フォトリソグラフィ処理のもと、エッチングにより除去し、ついで、この除去部位に対応する半導体基板10の各部位を水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて異方性エッチングにより除去して、上側絶縁層20のうち各発熱抵抗体30に対応する部位を外方に露呈させる。
As a result, the left, center, and
(5) Formation Step of Each
これにより、左右両側空洞部11が、図9にて示すごとく、半導体基板10及び下側絶縁層20のうち各発熱抵抗体30に対応する各部位に形成される。
(6)各密着層70並びにガス検知層80及び参照層90の形成工程
上述のように各空洞部11を形成した後、次のようにして各密着層70並びにガス検知層80及び参照層90を共に形成する。
As a result, the left and
(6) Formation process of each
左側及び右側の各密着層70となるゾル溶液を、保護層50の表面のうち各発熱抵抗体30に対する対応表面部位にスピンコート法により層状に塗布し左側及び右側の各ゾル溶液層71として形成する(図10参照)。なお、上記ゾル溶液が保護層50の表面のうち各発熱抵抗体30に対する対応表面部位以外の部位に塗布されることを防ぐため、当該ゾル溶液を塗布する際に、各発熱抵抗体30に対する対応表面部位以外の部位にテープ等のマスキング処理を施し、当該ゾル溶液が塗布されることを防止する。
A sol solution to be the left and right adhesion layers 70 is applied in a layer form by spin coating on the surface of the
ついで、ガス検知層80及び参照層90となる各ペーストを上記左側及び右側の各ゾル溶液層71の表面にスクリーン印刷法により印刷して左側ペースト層81及び右側ペースト層91として形成する(図11参照)。なお、ゾル溶液層はスピンコート法で塗布形成するので、当該ゾル溶液層は簡便に形成でき安価に済む。
Next, each paste to be the
ここで、ガス検知層80となるペーストは、当該ガス検知層80の厚さを5(μm)以上500(μm)以下とするような厚さに塗布することが望ましい。このようにガス検知層80の厚さを5(μm)以上とするのは、ガス検知層80をいわゆる厚膜として構成するためである。また、ガス検知層80の厚さを500(μm)以下とするのは、当該ガス検知層の熱容量の極度な増加を抑制するためである。本実施形態では、各ペースト層81、91の厚さは、例えば、50(μm)とした。また、上述した各ゾル溶液層71の厚さは、例えば、1.0(μm)とした。
Here, it is desirable to apply the paste to be the
また、各密着層70となるゾル溶液としては、アルミナゾルからなる溶液を採用する。本実施形態において、当該溶液としては、10(nm)〜20(nm)の範囲以内の粒径のアルミナ水和物のコロイド粒子を水に対し約20(%)分散し、3乃至5の範囲以内のpH及び1(mPa・s)〜25(mPa・s)の範囲以内の粘度(25(℃)における粘度)を有するアルミナゾルからなる溶液を採用する。
Further, as the sol solution to be each
一方、ガス検知層80となるペーストとしては、アルミナ(Al2O3)、酸化シリコン(SiO2)或いは酸化チタン(TiO2)等の多孔質性セラミックスに、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)或いはロジウム(Rh)やこれらの合金等の貴金属種を担持させて粉末触媒とし、この粉末触媒に、適量のバインダーや溶剤を混合して作製したペーストを採用する。また、参照層90となるペーストは、ガスに対して不活性な材質を採用する。
On the other hand, examples of the paste that becomes the
但し、各密着層70のガス検知層80及び参照層90との間の熱膨張率の同一性の確保という観点から、上記ゾル溶液は、ガス検知層となるペーストと同一の材料を主体として有することが望ましい。例えば、ガス検知層となるペーストがアルミナを基体とする場合には、ゾル溶液はアルミナゾルとするのが望ましい。本実施形態では、ガス検知層となるペースト及びゾル溶液共にアルミナを成分として採用した。
However, from the viewpoint of securing the same coefficient of thermal expansion between the
上述のように各ペースト層81、91を各ゾル溶液層71の表面に形成すると、左側ゾル溶液層71は、左側ペースト層81と共に液状であるため、当該ペースト層81との間の接触箇所にて、このペースト層81と相互に三次元的に混ざり合い、このペースト層81の下部の全体に行き亘っていく。このような過程では、左側ゾル溶液層71のゾル成分が液体状であるため、当該左側ゾル溶液層71は、ペースト層81の下部全体と相互に三次元的に混ざり合うように当該下部全体に埋まっていく。これに伴い、左側ゾル溶液層71は左側ペースト層81の下部との混合層となる。
When the paste layers 81 and 91 are formed on the surface of each
一方、右側ゾル溶液層71は、右側ペースト層91と共に液状であるため、当該ペースト層91との間の接触箇所にて、このペースト層91と相互に三次元的に混ざり合い、このペースト層91の下部の全体に行き亘っていく。このような過程では、右側ゾル溶液層71のゾル成分が液体状であるため、当該右側ゾル溶液層71は、右側ペースト層91の下部全体と相互に三次元的に混ざり合うように当該下部全体に埋まっていく。これに伴い、右側ゾル溶液層71は右側ペースト層91の下部との混合層となる。
On the other hand, since the right
このような状態にある構造体(図11参照)を所定の焼成条件にて焼成する。これにより、各ペースト層81、91及び各ゾル溶液層71は、上記所定の焼成条件のもと、共に、同時に焼成される。 The structure (see FIG. 11) in such a state is fired under predetermined firing conditions. As a result, the paste layers 81 and 91 and the sol solution layers 71 are simultaneously fired under the predetermined firing conditions.
このような同時焼成の過程において、上述のように左側密着層70となるゾル溶液層71が、ガス検知層80となるペースト層81の下部全体と混合した状態で焼成されて固体化していくとともに、上述のように右側密着層70となるゾル溶液層71が、参照層90となるペースト層91の下部全体と混合した状態で焼成されて固体化していく。
In the process of co-firing, as described above, the
換言すれば、上述のような同時焼成過程において、左側ゾル溶液層71及び左側ペースト層81が共に固体化し左側密着層70及びガス検知層80として形成されるとともに、右側ゾル溶液層71及び右側ペースト層91が共に固体化し左側密着層70及び参照層90として形成される(図1参照)。
In other words, in the co-firing process as described above, both the left
そして、このような形成状態においては、左側密着層70は、ガス検知層80の下部全体に埋まるように行き亘っている。このため、ガス検知層80の左側密着層70との接触面積は、三次元方向に拡大する。従って、左側密着層70は、ガス検知層80の下部全体と広範囲に隙間なく三次元的に接触して化学的に結合する。
In such a formation state, the
その結果、ガス検知層80と左側密着層70との間に優れた密着性を確保することができ、ガス検知層80の左側発熱抵抗体30からの剥離を未然に防止し得る。また、接触燃焼式ガスセンサにおいては、上述のようにガス検知層80の左側密着層70との接触面積が拡大することで、ガス検知層80の左側発熱抵抗体30への熱伝達が良好となる。
As a result, it is possible to ensure excellent adhesion between the
また、上述のような形成状態においては、右側密着層70は、参照層90の下部全体に埋まるように行き亘っている。このため、参照層90の右側密着層70との接触面積は、三次元方向に拡大する。従って、右側密着層70は、参照層90の下部全体と広範囲に隙間なく三次元的に接触して化学的に結合する。その結果、参照層90と右側密着層70との間に優れた密着性を確保することができ、参照層90の右側発熱抵抗体30からの剥離を未然に防止し得る。
Further, in the formation state as described above, the
また、密着層70となるゾル溶液層のゾル成分は、上述のごとくアルミナであって、ガス検知層80や参照層90となるペースト層の基体の成分と同じである。従って、左側密着層70及びガス検知層80は熱膨張係数をほぼ同一にするから、上述したガス検知層80と左側密着層70との間の密着性がさらに向上する。このようなことは、右側密着層70と参照層90との間でも同様である。
The sol component of the sol solution layer that becomes the
ここで、ガス検知層80及び左側密着層70は上述のごとく同時焼成で形成されるので、焼成回数が一回で済む。従って、ガス検知層80及び左側密着層70の形成は簡便で、焼成のための焼成炉の電気代の節約にも役立つ。
Here, since the
また、ゾル溶液層71のゾル成分は、単一成分のアルミナであって被毒物質を含まないから、密着層70が被毒種となることはない。従って、密着層70がガス検知層80の劣化原因になることもない。
Further, since the sol component of the
また、一度焼成されたゾル溶液層71は再流動することがないので、密着層70は、そのガス検知層や参照層に対する密着性を安定的に維持し得る。
Moreover, since the
また、各密着層70の厚さは、特に限定されないが、上述した密着性を良好に確保するには、ガス検知層80及び参照層90の厚さの少なくとも1(%)の厚さを有することが望ましい。また、左側密着層70のガス検知層80との接触面積が多すぎるとガス検知層80のガスに対する感度の低下を招くため、左側密着層70の厚さは、ガス検知層80の厚さの10(%)以下とするのが望ましい。なお、右側密着層70の厚さも、参照層90の厚さの10(%)以下とするのが望ましい。
Further, the thickness of each
従って、このような厚さを満たすように各ゾル溶液層71を形成することが望ましい。以上のような工程を経て、当該接触燃焼式ガスセンサが製造される。
Therefore, it is desirable to form each
なお、上記温度補償部の発熱抵抗体30は、上記ガス検出部の発熱抵抗体30の抵抗値の変化の影響を受けないように形成するのが望ましい。上記温度補償部の発熱抵抗体30は、上記ガス検出部の発熱抵抗体30と組み合わせて用いられるため、両発熱抵抗体の各抵抗値の変化が共にほぼ同じであることが望ましい。
The
また、上述のようにガス検出部及び温度補償部が同一の半導体基板上に設けられるため、当該ガス検出部及び温度補償部が相互に熱による影響を受けないようにすることが望ましい。 Moreover, since the gas detection unit and the temperature compensation unit are provided on the same semiconductor substrate as described above, it is desirable that the gas detection unit and the temperature compensation unit are not affected by heat from each other.
ちなみに、本実施形態におけるガスセンサにおいてガス検知層80及び左側密着層70を保護層50と共に走査型電子顕微鏡で撮影をしたところ、図12にて示すような撮影写真が得られた。これによれば、ガス検知層80の下部と左側密着層70の接触状態が三次元的になっていることが分かる。
Incidentally, when the
また、本実施形態におけるガスセンサの剥離試験を比較例との対比において行った。但し、当該比較例は、本実施形態におけるガスセンサにおいて密着層を廃止して、ガス検知層80及び参照層90を保護層50上に直接形成したガスセンサである。
Moreover, the peel test of the gas sensor in this embodiment was performed in comparison with the comparative example. However, the comparative example is a gas sensor in which the
しかして、上記比較例においてガス検知層80の表面に粘着テープ(コクヨ社製T−112型メンディングテープ)を貼りその後に当該粘着テープを剥がしたところ、ガス検知層80が保護層50から剥離した(図13参照)。なお、図13において、保護層50の表面上に描かれている略楕円領域は、ガス検知層80の剥がれの跡を示す。
Thus, in the above comparative example, an adhesive tape (T-112 type mending tape manufactured by KOKUYO Co., Ltd.) was applied to the surface of the
一方、本実施形態におけるガスセンサにおいてガス検知層80の表面に粘着テープを貼りその後に当該粘着テープを剥がしたところ、ガス検知層80は剥離しなかった(図14参照)。これによっても、本実施形態におけるガスセンサにおいて密着層70が、ガス検知層80と保護層50との間の密着性を良好に維持し得ることが分かる。
On the other hand, when a pressure-sensitive adhesive tape was applied to the surface of the
また、本実施形態にて製造したガスセンサの発熱抵抗体をパルス駆動により断続通電しても、ガス検知層80は剥離することはなかった。さらには、当該ガスセンサを床上1(m)の高さから落下させる試験を行ったが、ガス検知層80が剥離することはなかった。従って、当該ガスセンサの輸送中においてこのガスセンサに外的な衝撃が加わっても、ガス検知層80が剥離することはない。
(第2実施形態)
図15は、本発明の第2実施形態を示している。この第2実施形態では、上記第1実施形態にて述べたガスセンサにおいて、下側絶縁層20及び参照層90が廃止され、半導体基板10がその各空洞部11を廃止した形状となっている。その他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
Further, even when the heating resistor of the gas sensor manufactured in this embodiment was intermittently energized by pulse driving, the
(Second Embodiment)
FIG. 15 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, in the gas sensor described in the first embodiment, the lower insulating
このように構成した本第2実施形態においては、ガスセンサの製造にあたり、上記第1実施形態にて述べた下側絶縁層20の形成を行う行程、半導体基板10の各空洞部11の形成を行う工程及び参照層90の形成を行う行程を廃止するが、その他の工程は、上記第1実施形態と同様になされる。これにより、図15にて示す断面形状を有するガスセンサが製造される。
In the second embodiment configured as described above, in manufacturing the gas sensor, the process of forming the lower insulating
この製造工程においては、上記第1実施形態にて述べたと同様の同時焼成のもと、ガス検知層80が、左側密着層70上に形成される(図10、図11参照)。
In this manufacturing process, the
これにより、上記第1実施形態にて述べたと同様に、ガス検知層80と左側密着層70との間において、優れた密着性を確保することができ、その結果、上記第1実施形態と同様の作用効果を達成し得る。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。この第3実施形態では、上記第1実施形態にて述べたガスセンサの製造工程とは、次のような工程を付加する製造工程となっている点で相違する。その他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
Accordingly, as described in the first embodiment, excellent adhesion can be ensured between the
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment is different from the gas sensor manufacturing process described in the first embodiment in that it is a manufacturing process in which the following processes are added. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
即ち、本第3実施形態でも、上記第1実施形態にて述べたと同様に、その製造工程において、最終的に、図11にて示した構造体を上記所定の焼成条件にて焼成することで、左右両側密着層70となる両ゾル溶液層71、ガス検知層80となるペースト層81及び参照層90となるペースト層91を同時焼成する。これにより、上記第1実施形態にて述べたと同様に、左右両側密着層70、ガス検知層80及び参照層90(図1参照)が形成される。
That is, in the third embodiment, as described in the first embodiment, in the manufacturing process, the structure shown in FIG. 11 is finally fired under the predetermined firing conditions. The two sol solution layers 71 to be the right and left side adhesion layers 70, the
然る後、本第3実施形態においては、アルミナゾル溶液を純水にて10倍に希釈した希釈溶液を、ガス検知層80及び参照層90(図1参照)の双方にその各上部から滴下する。ここで、当該滴下は、上記希釈溶液がガス検知層80及び参照層90の双方の全体に亘り浸透する程度の量でもって2回行われる。
Thereafter, in the third embodiment, a diluted solution obtained by diluting the
このようにして希釈溶液の滴下を行った後、図1のガスセンサを所定の再焼成条件(例えば、焼成温度700(℃)及び焼成時間1(時間))のもとに付加的に焼成する。これにより、上述のように上記希釈溶液が浸透してなるガス検知層80及び参照層90が上記再焼成条件でもって同時焼成される。
After dropping the diluted solution in this way, the gas sensor of FIG. 1 is additionally baked under predetermined re-baking conditions (for example, baking temperature 700 (° C.) and baking time 1 (hour)). As a result, the
これに伴い、上記アルミナゾル溶液が、ガス検知層80と左側密着層70との間及び参照層90と右側密着層70との間に行き亘る。従って、ガス検知層80と左側密着層70との間の結合度合い及び参照層90と右側密着層70との間の結合度合いが、上記第1実施形態にて述べたガスセンサの場合よりも、より一層向上する。
Along with this, the alumina sol solution spreads between the
換言すれば、密着層70の形成材料と同一の材料であるアルミナゾルを、ガス検知層80と左側密着層70との双方の全体及び参照層90と右側密着層70との双方の全体に行き亘らせることで、ガス検知層80と左側密着層70との間の密着力及び参照層90と右側密着層70との間の密着力を上記第1実施形態にて述べたガスセンサの場合よりも、より一層向上させ得る。
In other words, the alumina sol, which is the same material as the material for forming the
これにより、上記第1実施形態にて述べた製造工程において最終的に焼成された段階では、ガス検知層や参照層が凝集して密着層との界面において部分的な剥離が存在するとしても、このような部分的な剥離は、本第3実施形態にて述べた付加的工程の採用でもって未然に防止され得る。なお、上記希釈溶液の滴下量を適度な量とすることで、ガスセンサとしてのガス検知特性を低下させることなく、上述したガス検知層80と左側密着層70との間の密着力及び参照層90と右側密着層70との間の密着力のみを向上させ得る。
Thereby, at the stage finally fired in the manufacturing process described in the first embodiment, even if the gas detection layer and the reference layer are aggregated and there is partial peeling at the interface with the adhesion layer, Such partial peeling can be prevented in advance by adopting the additional process described in the third embodiment. In addition, by making the dripping amount of the diluted solution an appropriate amount, the adhesion force between the
ちなみに、本第3実施形態におけるガスセンサにおいてガス検知層80及び左側密着層70を保護層50と共に走査型電子顕微鏡で撮影をしたところ、図16にて示すような撮影写真が得られた。これによれば、上述のような希釈溶液の滴下でもって、上記アルミナゾルがガス検知層80と左側密着層70との間に行き亘り、ガス検知層80と左側密着層70との間の結合度合いがより一層向上していることが分かる。
Incidentally, when the
また、本第3実施形態におけるガスセンサの剥離試験を行った。この剥離試験は、当該ガスセンサのガス検知層80が水滴に埋没する程度まで、水滴を当該ガスセンサに対し滴下して、このガスセンサを400(℃)にて通電加熱することで行った。また、この剥離試験は、上記第1実施形態にて述べたガスセンサにも比較例として適用した。
In addition, a peel test of the gas sensor in the third embodiment was performed. This peeling test was performed by dropping water droplets onto the gas sensor to such an extent that the
これによれば、本第3実施形態にて述べたようなアルミナゾル溶液の滴下を行わないガスセンサ(上記第1実施形態のガスセンサ)では剥離が発生するものがあるが、本第3実施形態のガスセンサでは、上記剥離試験を10回行っても、剥離や破損が何ら発生しなかった。従って、本第3実施形態のガスセンサにおけるガス検知層と密着層との間の密着強度が上記第1実施形態のガスセンサに比べてさらに向上していることが分かる。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。この第4実施形態では、上記第2実施形態と同様に、上記第1実施形態にて述べたガスセンサにおいて下側絶縁層20及び参照層90を廃止し、かつ半導体基板10をその各空洞部11を廃止した形状となっている。そして、このような形状のガスセンサの製造にあたり、上記第3実施形態にて述べた製造工程が本第4実施形態において採用されている。
According to this, although there is a gas sensor that does not drop the alumina sol solution as described in the third embodiment (gas sensor of the first embodiment), peeling occurs, but the gas sensor of the third embodiment. Then, even if the said peeling test was done 10 times, neither peeling nor damage generate | occur | produced. Therefore, it can be seen that the adhesion strength between the gas detection layer and the adhesion layer in the gas sensor of the third embodiment is further improved as compared with the gas sensor of the first embodiment.
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, similarly to the second embodiment, the lower insulating
即ち、本第4実施形態では、ガスセンサの製造にあたり、上記第1実施形態にて述べた下側絶縁層20の形成を行う行程、半導体基板10の各空洞部11の形成を行う工程及び参照層90の形成を行う行程を廃止するが、その他の工程は、上記第3実施形態と同様になされる。
That is, in the fourth embodiment, in manufacturing the gas sensor, the process of forming the lower insulating
従って、本第4実施形態では、上記第1実施形態と同様の同時焼成後、上記第3実施形態にて述べたと同様に、上記希釈溶液を、ガス検知層80の全体に亘り浸透する程度の量でもって2回滴下する。然る後、図15のガスセンサを上記第3実施形態にて述べた再焼成条件でもって付加的に焼成する。これにより、上述のように上記希釈溶液が浸透してなるガス検知層80が上記再焼成条件でもって焼成される。その結果、ガス検知層80と左側密着層との間の結合度合いや密着力に関し、上記第3実施形態と同様の作用効果が達成され得る。
Therefore, in the fourth embodiment, after the same co-firing as in the first embodiment, the diluted solution penetrates the entire
なお、本発明の実施にあたり、上記各実施形態に限ることなく、次のような種々の変形例が挙げられる。
(1)各絶縁層20或いは保護層50は、上記各実施形態にて述べたように複層のものに限らず、酸化シリコン膜(SiO2膜)或いは窒化シリコン膜(Si3N4膜)でもって単層に形成してもよい。
In carrying out the present invention, the following various modifications are possible without being limited to the above embodiments.
(1) Each insulating
なお、窒化シリコン膜に代えて、酸化タンタル膜(Ta2O5膜)或いはアルミナ(Al2O3膜)を採用してもよい。なお、絶縁層20の薄膜形成法は、化学蒸着法に限らず、例えば、物理蒸着法或いはスピンコート法であってもよい。
(2)各絶縁層20は次のように形成してもよい。即ち、半導体基板10を洗浄した上で当該半導体基板10の表裏面に酸化シリコン膜(SiO2膜)を薄膜形成法(例えば、化学蒸着法)により形成する。
Note that a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 film) or alumina (Al 2 O 3 film) may be employed instead of the silicon nitride film. Note that the thin film forming method of the insulating
(2) Each insulating
ついで、半導体基板10の上下両側の各酸化シリコン膜に化学蒸着法により上下両側の各窒化シリコン膜(Si3N4膜)をそれぞれ積層形成する。これにより、半導体基板10の上側酸化シリコン膜及び上側窒化シリコン膜を上側絶縁層20として形成し、一方、半導体基板10の下側酸化シリコン膜及び下側窒化シリコン膜を下側絶縁層20として形成する。
(3)発熱抵抗体30は、上側絶縁層20の隔壁部21やガス検知層80を所定温度に加熱することができればよい。従って、発熱抵抗体30は、白金膜に代えて、金(Au)或いはルテニウム(Ru)からなる膜であってもよく、一般的には貴金属であってもよい。また、当該発熱抵抗体30は、シリコン(Si)で形成されていてもよい。
Next, silicon nitride films (Si 3 N 4 films) on both the upper and lower sides are formed on the silicon oxide films on the upper and lower sides of the
(3) The
なお、発熱抵抗体の形成工程にて述べたタンタル膜は必要に応じて廃止してもよい。また、発熱抵抗体30の抵抗温度係数は、正或いは負のいずれであってもよい。
(4)密着層70となるゾル溶液をゾル溶液層として形成するにあたっては、スピンコート法に限ることなく、スクリーン印刷法や塗布法に依ってもよい。これによっても、スピンコート法による場合と同様に簡便にゾル溶液層を形成することができ、安価に済む。
(5)ガス検知層80となるペーストは、上記多孔質性セラミックスのみをペースト化し、このようにペースト化したものを、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)或いはロジウム(Rh)等の貴金属を含有する溶液に浸漬させて当該貴金属を担持させて形成したものでもよい。
(6)ガス検知層80となるペーストをペースト層として形成するにあたっては、スクリーン印刷法に限ることなく、ディスペンサーによるディップ等に依ってもよい。
(7)上記ゾル溶液は、上述のようにゾル溶液層として形成された後、液状を保つため、単独では焼成されないが、当該ゾル溶液層に脱水処理程度の加熱処理を施してもよい。
Note that the tantalum film described in the process of forming the heating resistor may be eliminated if necessary. Further, the temperature coefficient of resistance of the
(4) The formation of the sol solution to be the
(5) The paste used as the
(6) In forming the paste to be the
(7) Since the sol solution is formed as a sol solution layer as described above and remains in a liquid state, it is not baked alone, but the sol solution layer may be subjected to a heat treatment on the order of dehydration.
このようにしても、ガス検知層や参照層となるペースト層を当該加熱処理後のゾル溶液層上に形成する際、このゾル溶液層は、ペースト層から水分を吸収して再び液体状となり、上記脱水処理前の液体状に戻るためである。
(8)半導体基板10及び上側絶縁層20に代えて、アルミナ基板を採用し、このアルミナ基板上に発熱抵抗体を介し密着層を形成し、当該密着層上にガス検知層を形成するようにしてもよい。
(9)接触燃焼式ガスセンサに限ることなく、例えば、当該接触燃焼式ガスセンサの発熱抵抗体及びガス検知層に相当する発熱抵抗体及びガス検知層を有する半導体式ガスセンサに本発明を適用してもよい。
Even in this case, when the paste layer that becomes the gas detection layer or the reference layer is formed on the sol solution layer after the heat treatment, the sol solution layer absorbs moisture from the paste layer and becomes liquid again. This is to return to the liquid state before the dehydration process.
(8) Instead of the
(9) The present invention is not limited to the catalytic combustion type gas sensor, and for example, the present invention may be applied to a semiconductor type gas sensor having a heating resistor and a gas detection layer corresponding to the heating resistor and the gas detection layer of the catalytic combustion type gas sensor. Good.
ここで、当該半導体式ガスセンサの多孔質性ガス検知層となるペーストとしては、酸化錫(SnO2)或いは酸化亜鉛(ZnO)等の酸化物半導体を基体とし、この基体に白金(Pt)或いはパラジウム(Pd)等を担持させてなるペーストを採用する。 Here, as a paste which becomes a porous gas detection layer of the semiconductor gas sensor, an oxide semiconductor such as tin oxide (SnO 2 ) or zinc oxide (ZnO) is used as a base, and platinum (Pt) or palladium is used as the base. A paste formed by supporting (Pd) or the like is employed.
また、当該ペーストは、酸化物半導体に予め担持した粉末状の白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)或いはロジウム(Rh)等の貴金属をペースト化したものであってもよく、また、上記酸化物半導体のみをペースト化し、このようにペースト化したものを、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)或いはロジウム(Rh)等の粉末状の貴金属を含有する溶液に浸漬させて当該貴金属を担持させて形成したものでもよい。 In addition, the paste may be a paste of a noble metal such as platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru), or rhodium (Rh) that is previously supported on an oxide semiconductor. Then, only the oxide semiconductor is pasted, and the paste thus obtained is immersed in a solution containing a powdered noble metal such as platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru) or rhodium (Rh). And may be formed by supporting the noble metal.
なお、当該半導体式ガスセンサは、そのガス検知層によるガスの吸着現象に基づくガス検知層の電気抵抗の変化でもってガスの濃度を検出する。
(10)上記第1実施形態にて述べたガスセンサにおいて、上記温度補償部を構成する上記参照層を廃止して、当該温度補償部を発熱抵抗体のみからなる温度補償部としてもよく、さらには、温度補償部を廃止してもよい。
(11)上述の密着層70となるゾル溶液としては、アルミナゾルからなる溶液に限ることなく、例えば、シリカゾル或いはチタニアゾルからなる溶液を採用してもよく、一般的には、焼成後に電気絶縁体となる材料からなる溶液であればよい。
The semiconductor gas sensor detects the gas concentration by a change in electric resistance of the gas detection layer based on the gas adsorption phenomenon by the gas detection layer.
(10) In the gas sensor described in the first embodiment, the reference layer constituting the temperature compensation unit may be eliminated, and the temperature compensation unit may be a temperature compensation unit including only a heating resistor. The temperature compensation unit may be abolished.
(11) The sol solution to be the
10…半導体基板、11…空洞部、20…絶縁層、21…隔壁部、30…発熱抵抗体、
50…保護層、70…密着層、71…ゾル溶液層、80…ガス検知層、81…ペースト層、90…参照層。
DESCRIPTION OF
50 ... protective layer, 70 ... adhesion layer, 71 ... sol solution layer, 80 ... gas detection layer, 81 ... paste layer, 90 ... reference layer.
Claims (5)
前記ガス検知層と前記基体との間に形成される絶縁性密着層を備えて、
この密着層は、前記ガス検知層のうち前記密着層の近傍部位に埋まるように、形成されていることを特徴とするガスセンサ。 In a gas sensor having a porous gas detection layer formed in a thick film shape on a substrate,
An insulating adhesion layer formed between the gas detection layer and the substrate;
The adhesion layer is formed so as to be buried in a portion of the gas detection layer near the adhesion layer.
この半導体基板上に形成されて前記空洞部に対する対応部にて隔壁部を有してなる絶縁層と、
前記隔壁部上に形成される発熱抵抗体と、
この発熱抵抗体を覆うように前記絶縁層上に形成される保護層と、
この保護層を介し前記発熱抵抗体に対向するように前記保護層上に厚膜状に形成される多孔質性ガス検知層とを有するガスセンサにおいて、
前記保護層を介し前記発熱抵抗体に対向するように前記ガス検知層と前記保護層との間に形成される絶縁性密着層を備えて、
この密着層は、前記ガス検知層のうち前記密着層の近傍部位に埋まるように、形成されていることを特徴とするガスセンサ。 A semiconductor substrate formed with a cavity in the thickness direction;
An insulating layer formed on the semiconductor substrate and having a partition wall at a portion corresponding to the cavity;
A heating resistor formed on the partition;
A protective layer formed on the insulating layer so as to cover the heating resistor;
In the gas sensor having a porous gas detection layer formed in a thick film shape on the protective layer so as to face the heating resistor through the protective layer,
An insulating adhesive layer formed between the gas detection layer and the protective layer so as to face the heating resistor through the protective layer;
The adhesion layer is formed so as to be buried in a portion of the gas detection layer near the adhesion layer.
ガス検知層となるペーストでもって前記ゾル溶液層上にペースト層を形成し、
前記ゾル溶液層及び前記ペースト層を共に焼成し前記密着層及び前記ガス検知層として形成するガスセンサ。 A sol solution layer is formed on a substrate with a sol solution that becomes an insulating adhesive layer,
A paste layer is formed on the sol solution layer with a paste serving as a gas detection layer,
A gas sensor for firing the sol solution layer and the paste layer together to form the adhesion layer and the gas detection layer.
このゾル溶液層形成工程後、ガス検知層となるペーストでもって前記ゾル溶液層上にペースト層を形成するペースト層形成工程と、
このペースト層形成工程後、前記ゾル溶液層及び前記ペースト層を所定焼成条件にて共に焼成し前記密着層及びガス検知層として形成する焼成工程とを備えるガスセンサの製造方法。 A sol solution layer forming step of forming a sol solution layer on a substrate with a sol solution to be an insulating adhesive layer;
After this sol solution layer forming step, a paste layer forming step of forming a paste layer on the sol solution layer with a paste that becomes a gas detection layer;
A gas sensor manufacturing method comprising: a baking step of baking the sol solution layer and the paste layer together under a predetermined baking condition to form the adhesion layer and the gas detection layer after the paste layer forming step.
この滴下工程後、前記ガス検知層を前記密着層とともに所定の再焼成条件にて再焼成する再焼成工程とを備えることを特徴とする請求項4に記載のガスセンサの製造方法。 A dropping step of dropping the sol solution onto the gas detection layer after the firing step;
The method for producing a gas sensor according to claim 4, further comprising a refiring step of refiring the gas detection layer together with the adhesion layer under predetermined refiring conditions after the dropping step.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004252206A JP4283188B2 (en) | 2003-11-11 | 2004-08-31 | Gas sensor and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003381629 | 2003-11-11 | ||
JP2004252206A JP4283188B2 (en) | 2003-11-11 | 2004-08-31 | Gas sensor and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005164570A true JP2005164570A (en) | 2005-06-23 |
JP4283188B2 JP4283188B2 (en) | 2009-06-24 |
Family
ID=34741651
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004252206A Active JP4283188B2 (en) | 2003-11-11 | 2004-08-31 | Gas sensor and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4283188B2 (en) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007064908A (en) * | 2005-09-02 | 2007-03-15 | Ritsumeikan | Semiconductor type thin film gas sensor |
JP2009058389A (en) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | New Cosmos Electric Corp | Gas detection element |
WO2009078370A1 (en) * | 2007-12-14 | 2009-06-25 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gas sensor |
JP2010091501A (en) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor |
JP2010096727A (en) * | 2008-10-20 | 2010-04-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas detector |
US8826725B2 (en) | 2011-02-11 | 2014-09-09 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gas detector |
EP2878944A1 (en) | 2013-11-29 | 2015-06-03 | NGK Spark Plug Co., Ltd. | Gas detector |
EP1953539B1 (en) * | 2007-01-30 | 2017-04-12 | NGK Spark Plug Co., Ltd. | Gas sensor |
KR20180025090A (en) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | 엘지이노텍 주식회사 | Gas sensing module and sensing device |
KR20180032278A (en) * | 2016-09-22 | 2018-03-30 | 엘지이노텍 주식회사 | Gas sensing module, gas sensing apparatus |
JP2022030597A (en) * | 2020-08-07 | 2022-02-18 | 新コスモス電機株式会社 | MEMS type semiconductor gas detection element |
-
2004
- 2004-08-31 JP JP2004252206A patent/JP4283188B2/en active Active
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007064908A (en) * | 2005-09-02 | 2007-03-15 | Ritsumeikan | Semiconductor type thin film gas sensor |
EP1953539B1 (en) * | 2007-01-30 | 2017-04-12 | NGK Spark Plug Co., Ltd. | Gas sensor |
JP2009058389A (en) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | New Cosmos Electric Corp | Gas detection element |
WO2009078370A1 (en) * | 2007-12-14 | 2009-06-25 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gas sensor |
US8393196B2 (en) | 2007-12-14 | 2013-03-12 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gas sensor |
JP5161210B2 (en) * | 2007-12-14 | 2013-03-13 | 日本特殊陶業株式会社 | Gas sensor |
JP2010091501A (en) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor |
JP2010096727A (en) * | 2008-10-20 | 2010-04-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas detector |
US8826725B2 (en) | 2011-02-11 | 2014-09-09 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gas detector |
EP2878944A1 (en) | 2013-11-29 | 2015-06-03 | NGK Spark Plug Co., Ltd. | Gas detector |
US9829455B2 (en) | 2013-11-29 | 2017-11-28 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gas detector |
KR20180025090A (en) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | 엘지이노텍 주식회사 | Gas sensing module and sensing device |
KR102359236B1 (en) * | 2016-08-31 | 2022-02-07 | 엘지이노텍 주식회사 | Gas sensing module and sensing device |
KR20180032278A (en) * | 2016-09-22 | 2018-03-30 | 엘지이노텍 주식회사 | Gas sensing module, gas sensing apparatus |
KR102519644B1 (en) | 2016-09-22 | 2023-04-10 | 엘지이노텍 주식회사 | Gas sensing module, gas sensing apparatus |
JP2022030597A (en) * | 2020-08-07 | 2022-02-18 | 新コスモス電機株式会社 | MEMS type semiconductor gas detection element |
JP7421442B2 (en) | 2020-08-07 | 2024-01-24 | 新コスモス電機株式会社 | MEMS type semiconductor gas detection element |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4283188B2 (en) | 2009-06-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4283188B2 (en) | Gas sensor and manufacturing method thereof | |
US7861575B2 (en) | Micro gas sensor and manufacturing method thereof | |
US7746212B2 (en) | Temperature sensor and method for its production | |
US20170131252A1 (en) | Micro heater, micro sensor and micro sensor manufacturing method | |
JPS63107087A (en) | Hybrid integrated circuit board | |
US6114943A (en) | Resistive hydrogen sensing element | |
JP5021377B2 (en) | Gas sensor | |
JP2005292120A (en) | Platinum resistor type temperature sensor | |
JP6365603B2 (en) | THERMISTOR ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF | |
JP2008209390A5 (en) | ||
JP2006317155A (en) | Gas sensor and manufacturing method therefor | |
JP2007263582A (en) | Method of manufacturing gas sensor | |
CN108285125A (en) | The manufacturing method of micro-machined sensor devices and corresponding micro-machined sensor devices | |
JP2007114039A (en) | Gas sensor | |
JPH07159364A (en) | Sensor that detects gas composition composition | |
JP2007035909A (en) | Electronic device and manufacturing method thereof | |
JP2007139669A (en) | Gas sensor | |
US9068913B2 (en) | Photolithographic structured thick layer sensor | |
JP5134490B2 (en) | Gas sensor | |
KR102352029B1 (en) | Thermistor element and its manufacturing method | |
JP2010076164A (en) | Film deposition layer structure and method of manufacturing the same, and thermal head and method of manufacturing the same | |
US20070234801A1 (en) | Microstructured Chemical Sensor | |
JP2003279523A (en) | Membrane gas sensor | |
JPH07104309B2 (en) | Gas sensor manufacturing method | |
JP2005045257A (en) | Method for fabricating hybrid product comprising several wiring planes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061221 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080806 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080819 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081016 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081202 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090128 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090227 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090318 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4283188 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120327 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120327 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120327 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130327 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130327 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140327 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |